А27820 Данин В.Б. Техника измерений хол установок и пищевых производств

фир-22ДД» и преобразователи гидростатического давления «Сап- фир-22ДГ». Все перечисленные преобразователи имеют классы точности 0,5 и 0,25.

Устройство преобразователей «Сапфир-22ДИ» и «Сапфир-22ДИВ» показано на рис. 3.13 [8] для моделей 2150, 2160, 2170 и 2350.

Рис. 3.13. Устройство преобразователей «Сапфир-22ДИ» и «Сапфир-22ДИВ»: 1 – электронное устройство; 2 – гермовывод; 3 – тензопреобразователь;

4 – внутренняя полость; 5 – фланец; 6 – мембрана; 7 – камера; 8 – прокладка; 9 – основание; 10 – полость

Преобразователь состоит из измерительного и электронного устройств. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство и различаются лишь конструкцией измерительного блока. Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке.

Электронное устройство преобразует изменение сопротивления тензорезистора в токовый сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.

На рис. 3.13 мембранный тензопреобразователь 3 размещен внутри основания 9. Внутренняя полость 4 тензопреобразователя заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой

61

среды металлической гофрированной мембраной 6, приваренной по наружному контуру к основанию 9. Полость 10 сообщается с окружающей атмосферой. Измеряемое давление подается в камеру 7 фланца 5, который уплотнен прокладкой 8.

Измеряемое давление воздействует на мембрану 6 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермовывод 2.

Такую конструкцию имеют преобразователи «Сапфир-22ДД» моделей 2410, 2420, 2430, 2434, 2440, 2444 (рис. 3.14) с пределами измерений от 0,25 кПа до 0,25 МПа.

Рис. 3.14. Устройство преобразователя «Сапфир 22-ДД»: 1 – электронное устройство; 2 – гермовывод; 3 – прокладки;

4 – тензопреобразователь; 5 – тяга; 6 – центральный шток; 7, 12 – камеры; 8 – мембрана; 9 – основание; 10 – фланцы; 11 – замкнутая полость

Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 9 в замкнутой полости 11, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металическими гофрированными мембранами 8. Мембраны приварены по наружному контуру к основанию 9 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя с помощью тяги 5. Фланцы 10 уплотнены прокладками 3. Воздействие измеряемой разности давлений (большее давление

62

подается в камеру 7, а меньшее – в камеру 12) вызывает прогиб мембраны 8, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 1 по проводам через гермовывод 2.

Электрическое питание преобразователей всех моделей осуществляется от источника постоянного тока напряжением (36 ± 0,72) В. Потребляемая мощность от источника питания преобразователями, не более:

0,5 ВА – для преобразователя с выходным сигналом 0–5 мА; 1 ВА – для преобразователя с выходным сигналом 4–20 мА; 1,2 ВА – для преобразователя с выходным сигналом 0–20 мА.

При эксплуатации преобразователей в диапазоне отрицательных значений температуры необходимо исключить:

– накопление и замерзание конденсата в рабочих камерах и внутри соединительных трубок (при измерении параметров газообразных сред);

– замерзание, кристаллизацию среды или выкристаллизацию из нее отдельных компонентов (при измерении параметров жидких сред).

Преобразователи выдерживают воздействие температуры измеряемой среды у «открытой» мембраны в диапазоне от минус 50 С до плюс 120 С.

3.5.4. Сильфонные манометры

Чувствительным элементом сильфонных манометров является гофрированная трубка – сильфон, изготовленная из нержавеющей стали или латуни. Трубка зажата в плоской пружине или стальной пластине с возможностью деформации под действием давления, подаваемого внутрь трубки. Кинематическая схема сильфонного манометра показана на рис. 3.15 [4]. Он состоит из пластинчатой пружины 1, на которой закреплен крепежной скобой 3 сильфон 2; вилки 4, управляющей движением индикаторной стрелки (на рисунке не показано); винта 5 установки нуля прибора; трубки 6, соединяющей полость сильфона с емкостью, в которой измеряется избыточное давление Р, за счет чего сильфон деформируется, но из-за плоской пружины 1 линейная деформация преобразуется в угловую.

63

Рис. 3.15. Кинематическая схема сильфонного манометра: 1 – пластинчатая пружина; 2 – сильфон; 3 – крепежная скоба;

4 – вилка; 5 – винт установки нуля прибора; 6 – трубка

Схема преобразователя перепада давления показана на рис. 3.16. Манометры этого типа обладают высокой прочностью, стойкостью к воздействию ударов, вибраций и резких перепадов давления.

Рис. 3.16. Схема преобразователя перепада давления

3.5.5. Манометры с мембранной коробкой

Рассматриваемые манометры представляют собой приборы, чувствительный элемент которых выполнен в виде двух гофрированных мембран, скрепленных по краям путем сварки или пайки. Измеряемое давление подводится к внутренней полости мембранной коробки через трубку со штуцером. Перемещение жесткого центра мембран через кинематическую схему предается на стрелку прибора. Обычно эти приборы измеряют малое давление и разрежение.

64

3.5.6.Жидкостные приборы для измерения давления

иперепада давления

Дифференциальные манометры U-образного типа

Эти приборы предназначены для измерения перепада давления между двумя точками объекта измерений, т. е. эти приборы должны иметь два входа. Если один из входов соединить с атмосферой, то дифференциальный манометр будет измерять избыточное давление.

Простейшим дифференциальным манометром является U-об- разная стеклянная трубка, наполненная водой, минеральным маслом или ртутью (рис. 3.17). U-образные дифманометры используются в обычном диапазоне температур для давления от 0,1 мбар до 2,5 бар при заполнении водой и от 1 мбар до 2,5 мбар при заполнении ртутью. Их точность составляет около 1 %.

Рис. 3.17. U-образная стеклянная трубка

Для измерения малого давления (менее 1–2 мбар) с помощью U-образной трубки каждая ее ветвь наполняется жидкостью низкой плотности, плавающей поверх более плотной жидкости, например нефть поверх воды; на этом принципе основана работа двухжидкостного манометра [4].

В случае еще более слабого давления (до тысячных долей миллибара) используют жидкостные микроманометры, имеющие, в отличие от U-образного дифманометра, одно наклонное колено (взамен вертикального). Наклон трубки увеличивает перемещение уровня жидкости при одном и том же давлении по сравнению с вертикальной трубкой, что повышает точность измерений. Некоторые микроманометры оборудованы специальным шарнирным

65

механизмом, позволяющим менять уклон трубки в широких пределах. Наиболее совершенные образцы микроманометров позволяют измерять давление порядка 10–6 мбар.

Кольцевые (или торовые) дифманометры

Такие дифманометры представляют собой полый тор (или кольцо) прямоугольного сечения, размещенный в вертикальной плоскости с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной по отношению к этой плоскости (см. рис. 3.16) [7]. Тор до половины заполнен рабочей жидкостью (масло минеральное, вода). Внутренняя полость тора (или кольца) разделена непроницаемой перегородкой на два объема, которые соединены трубками с местом отбора измеряемого давления. В равновесном положении (давление в обеих частях полости одинаковое) уровень жидкости, которая частично заполняет полость тора, один и тот же с обеих сторон. Однако, если на одну из сторон жидкости будет действовать избыточное давление ∆Р, равновесие нарушается и жидкость поднимается к другой стороне, порождая тем самым вращающий момент, приложенный к кольцу. В результате кольцо разворачивается вокруг оси, перпендикулярной плоскости размещения кольца, приводя к появлению приложенного к центру тяжести кольца противодействующего момента, обусловленного наличием противовеса. Поворот происходит до тех пор, пока оба момента не уравновесятся. Измеряемая разность давлений при этом будет пропорциональна sin α, где α – угол отклонения тора от равновесного положения.

Точность кольцевых манометров составляет порядка 1 % от диапазона измерений. Область их использования лежит в диапазоне от 1,5–2 мбар для небольших значений давления и 0,2–0,3 бар – для повышенных перепадов давления.

Колокольные дифманометры

Принцип действия колокольных дифманометров основан на преобразовании измеряемого перепада давления в перемещение колокола, помещенного в рабочую жидкость.

Упрощенная схема работы прибора показана на рис. 3.18. Сосуд 1 заполнен рабочей жидкостью, в которую помещен колокол 2. При подводе давления через трубку 3 в полость колокола он будет

66

изменять свое положение пропорционально измеряемому давлению. Если сосуд открытый, то такой прибор будет измерять избыточное давление. Для измерения перепада давлений следует иметь замкнутую полость, в которую подводятся импульсные трубки от точек отбора давления над и под колоколом.

Примером такого дифманометра может служить прибор типа ДКО, который показан на рис. 3.19 [7]. В герметичном корпусе 1 расположен колокол 2, подвешенный на постоянно натянутой пружине 3. Нижняя часть колокола помещена в рабочую жидкость 4 (минеральное масло). Пространство над колоколом через соединительную трубку соединяется с местом отбора избыточного давления, а пространство под колоколом является камерой, сообщаемой с местом отбора меньшего давления. Измеряемое давление подводится по трубкам 5 и 6 к камерам в нижней части прибора, которые через трубки 7 и 8 сообщаются с пространством под колоколом (минусовая камера) и с пространством над камерой (плюсовая камера), соответственно.

Рис. 3.18. Схема работы	Рис. 3.19. Прибор типа ДКО:
колокольного манометра:	1 – корпус; 2 – колокол; 3 – пружина;
1 – сосуд с рабочей жидкостью;	4 – рабочая жидкость; 5–8 – трубки;
2 – колокол; 3 – трубка	9 – сердечник; 10 – индукционная
	катушка
	67

При изменении перепада давления вместе с колоколом перемещается вверх и вниз жестко связанный с ним сердечник 9 индукционной катушки 10. Этот узел является индуктивным датчиком перемещения и построен по дифференциально-трансформатор- ной схеме (рис. 3.20). Она включает в себя: первичную обмотку W1, запитанную от источника переменного тока Uп (обычно сеть 220 В, 50 Гц); две вторичные обмотки W1' и W2'' с одинаковым числом витков обмоток (W1' = W2''), включенных встречно (поэтому и называется дифференциальной схемой), и подвижный сердечник внутри катушки, который перемещается вместе с колоколом. Индуктивная катушка закреплена на основании прибора. При равновесном состоянии (∆Р = 0) колокол, а значит, и сердечник находятся в нижнем положении и на обмотках W1' и W2'' индуцируются равные по величине и противоположные по фазе ЭДС индукции │e1│= │e2│, в результате разностное напряжение на выходе вторичных обмоток ∆U = e1 – e2 = 0. При наличии перепада давления (∆Р > 0) колокол вместе с сердечником поднимается вверх, за счет чего для нижней катушки увеличивается магнитное сопротивление из-за увеличения воздушного зазора и ЭДС e2 уменьшается, а разностное напряжение ∆U увеличивается.

Рис. 3.20. Дифференциально-трансформаторная схема

Таким образом, рассмотренный прибор является бесшкальным; он формирует сигнал, пропорциональный перемещению колокола, который по линии связи сравнивается с сигналом индукционной катушки вторичного прибора, имеющей такую же схему.

68

Вторичный прибор уже является показывающим, его схема будет рассмотрена в разделе «Расходомеры».

Основная погрешность по шкале вторичного прибора составляет ±2,5 % или ±4 %. Предел измерений составляет 400 Па для тягомеров и 200 Па для тягонапоромеров.

Мембранные дифференциальные манометры типа ДМ

Такие манометры предназначены для непрерывного измерения перепада давления. Чувствительным элементом, воспринимающим перепад давления, является мембранный блок.

На рис. 3.21 показано устройство дифманометра типа ДМ с двумя сообщающимися между собой мембранными коробками, расположенными в двух раздельных мембранных камерах, заполненных дистиллированной водой. Аналогично колокольному манометру, давление подводится через трубки под мембранный блок

смембранной коробкой 1 (плюсовая камера) и в верхнюю камеру

смембранной коробкой 2 (минусовая камера).

Рис. 3.21. Устройство дифманометра типа ДМ с двумя сообщающимися между собой мембранными коробками:

1, 2 – мембранные коробки; 3 – сердечник; 4 – катушка

К мембранному блоку крепится сердечник 3 индукционной катушки 4. Под воздействием разности давлений мембранные коробки деформируются неодинаково, в результате чего перемещается сердечник индукционной катушки, формируя на ее выходе сигнал,

69

пропорциональный перемещению сердечника, т. е. перепаду давления ∆Р. Обмотки индукционной катушки, как и у колокольного дифманометра, включены по дифференциально-трансформаторной схеме (см. рис. 3.20). Эти приборы бесшкальные и работают в комплекте с вторичным прибором, построенным также по дифферен- циально-трансформаторной схеме. Верхний предел измерений разности давлений составляет 1,57 103…6,18 105 Па. Классы точности 1 и 1,5.

Монтаж манометров и дифманометров на трубопроводе должен производиться с соблюдением определенных правил: отверстие для штуцера отбора давления должно быть просверлено на гладкой поверхности вдали от местных гидравлических сопротивлений, следует также избегать изгибов трубопроводов. При проведении измерений с помощью жидкостных манометров необходимо следить за установкой их строго по уровню. Если в трубопроводе возможны пульсации давления, то рекомендуется между манометром и местом отбора давления ставить более удлиненную и изогнутую соединительную трубку в виде буквы «С». При измерении давления жидкостей, во избежание увеличения погрешности измерений за счет воздействия гидростатического столба жидкости, заполняющей соединительную линию, следует стремиться к тому, чтобы прибор и точки отбора давления находились в одной горизонтальной плоскости.

3.6.Датчики и приборы для измерения количества

ирасхода жидкостей и газов

Приборы для измерения количества и расхода жидкостей, пара

игаза делятся на две основные группы:

–счетчики количества, предназначенные для измерения суммарного объема или веса вещества, протекающего по трубопроводам за некоторый промежуток времени;

–расходомеры, обеспечивающие измерение текущего значе-

ния расхода. Принято расход газа, воздуха или жидкости измерять в объемных единицах (м3/ч, м3/мин, м3/с, л/ч, л/мин; л/с), а расход

пара – в весовых единицах (кг/ч).

Счетчики количества в зависимости от способов измерения разделяются на объемные и скоростные. Расходомеры по принципу действия подразделяются:

70